[发明专利]一种全钒液流电池用电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钒液流储能电池领域，具体地涉及一种全钒液流电池用电极及其制备方法。

背景技术

全钒液流电池，是以VO₂⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺电对分别作为电池的正极和负极活性物质的氧化还原液流电池，电池充放电时，电极反应过程如下：

正极V⁰＝0.999V(vs.NHE)(1)

负极V⁰＝-0.255V(vs.NHE)(2)

式中V⁰为氧化还原电对相对于标准氢电极的标准电势。

该电池系统组装设计灵活，易于模块组合，蓄电规模可大可小；可高速响应，高功率输出；电池系统易于维护，安全稳定，环境友好，广泛应用于电厂(电站)调峰电源系统、大规模的光电转换系统、风能发电的储能电源以及边缘地区储能系统、不间断电源或应急电源系统等。

目前，文献报道的全钒液流电池电极主要采用碳素类材料有石墨板、石墨毡、碳毡等，这类材料虽然有较好的耐强酸腐蚀性，但电压效率低仅为81％(Skyllas-Kazacosm，Grossmith F.Efficient vanadium redox flow cell[J].J.Electrochem.Soc.，1987，134(12)：2950-2953.)。金属箔/网作为钒液流电池用正极材料可以提高机械强度，但如何使其保持较高的电化学活性，需要深入的展开工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全钒液流电池的电极。

本发明的另外一目的在于提供一种制备上述电极的方法。

为实现上述目的，本发明提供的全钒液流电池的电极，是将纳米碳基电极材料沉积于集流体得到；纳米碳基电极材料中包括有导电剂和粘结剂，纳米碳基电极材料∶导电剂∶粘结剂的重量比为90∶1-5∶1-5；导电剂为乙炔黑、Super P、石墨化碳纤维、气相生长碳纤维中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧基丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠、Nafion溶液中的一种或多种。

所述的电极中，纳米碳基电极材料为氧化石墨烯、还原石墨烯、碳化物、氮化碳或碳/金属氮化物复合材料中的一种或多种；纳米碳基材料表面具有-OH、C＝O、C-O中的一种或多种含氧官能团；纳米碳基电极材料占电极的质量百分比为0.1-10wt％，纳米碳基电极材料厚度为1-200μm。

所述的电极中，氧化石墨烯及还原石墨烯的比表面积为30-500m²/g，片层厚度为0.35-15nm。

所述的电极中，氮化碳结构为介孔类石墨相，孔径在2-50nm。

所述的电极中，碳/金属氮化物复合材料的粒径为2-50nm，金属氮化物为氮化钛、氮化钒、氮化铬、氮化锰、氮化钼的一种或多种混合物。

所述的电极中，集流体为金属箔或金属网，所述金属箔或金属网中的金属为钛、锆、钨、铬中的一种，集流体的厚度为0.01-3mm。

所述的电极中，金属箔或金属网中的金属为钛。

本发明提供的制备上述全钒液流电池的电极的方法，包括：

1)将纳米碳基电极材料∶导电剂∶粘结剂按重量比90∶1-5∶1-5混合；

2)在集流体的表面沉积步骤1混合的电极材料，得到全钒液流电池用电极。

所述的制备方法中，沉积方法包括静电喷射、空气喷涂或物理气相沉积法喷涂。

本发明制备的全钒液流电池用电极，对钒离子显示出良好的电化学活性，大大提高了电压效率，且该电极材料原料易得、制备工艺简单、成本低廉，效果明显。

附图说明

图1为本发明实施例1电极材料傅里叶红外谱图。

图2为本发明实施例1中的电极材料透射电子显微镜图。

具体实施方式

本发明提供的全钒液流电池的电极，其特征在于是纳米碳基电极材料沉积于集流体金属箔/网上得到，电极材料厚度为1-200μm。

本发明的制备方法，包括：

将金属箔/网预先经过表面处理；

将纳米碳基电极材料与导电剂、粘结剂按重量比90∶1-5∶1-5混合；

在集流体的表面沉积上述电极材料，得到全钒液流电池用电极。